NASAの新しい「LunarBackpack」は、月の探検家を支援するためにリアルタイムの3D地形図を作成できます

ハイカーがリアルタイムで地形の3Dマップを作成する能力を持っていた、まったく未知の環境での登山遠征を考えてみてください。 NASA 研究者と業界パートナーは、想像できる最も遠隔地の1つである月の南極の空気のない荒れ地の探検家を支援するリモートセンシングマップシステムを開発しました。

キネティックナビゲーションおよびマッピングバッグ（KNaCK）は、ポータブルLIDARスキャナーです。これは、光検出とレーザー光を使用して距離を測定するリモートセンシング技術です。 ハイキング用バックパックのように着用され、周波​​数変調連続波（FMCW）LIDARと呼ばれる革新的なタイプのLIDARを使用して、1秒あたり数百万のデータポイントにドップラー速度と範囲を提供します。 これらの測定ポイントは、リアルタイムのナビゲーションシステムを作成し、ナビゲーターに3D「ポイントクラウド」または周囲の環境の高解像度表現を提供します。

アラバマ州ハンツビルにあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターでKNaCKプロジェクトを率いる惑星科学者のマイケル・ザネッティ博士によると、これは測量士が使用するレーザー距離計の過給バージョン、またはスマートカーが衝突を回避するのに役立つ高感度の近接警報だと考えてください。

「本質的に、センサーは科学的ナビゲーションとマッピングの両方のためのスキャンツールであり、センチメートルレベルの精度で超高解像度の3Dマップを作成し、それらに豊かな科学的コンテキストを与えることができます」とZanetti氏は述べています。 「また、月などのGPSを使用して、制限された環境で宇宙飛行士やローミングビークルの安全を確保し、遠くのランドマークまでの実際の距離を決定し、探索者がどこまで来て、どれだけ離れているかをリアルタイムで表示するのに役立ちます。目的地に到着します。」

これは、アルテミスの時代の探検家が月への最初の近代的なミッション、そして南極への最初のミッションの準備をする際の大きな課題です。 太陽が月の地平線から3度を超えて昇ることはなく、地形の大部分が深い影になります。 これにより、さまざまな関心のあるポイントまでの距離を目で確認することが困難になります。

ほこりっぽいニューメキシコの砂漠に着陸するUAVのこのビデオは、NASAAevaIncの4DFMCWライダーデータを利用するKNaCKテクノロジーを示しています。 左上のパネルに表示されます。 LIDARバンドデータ、右上。 LIDARのドップラー速度データ。 後者は、下降するドローンによって移動するほこりの粒子の速度と方向を追跡します。赤はスキャナーから離れる方向に移動するほこりの粒子を示し、青はスキャナーに向かって移動するほこりの粒子を示します。 これらの機能は、現在アラバマ州ハンツビルにあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターの研究者によって開発されており、他の世界への将来の科学ミッションに役立つだけでなく、探索者によるリアルタイムの地形図作成を可能にする可能性があります。 クレジット：NASA / Michael Zanetti

NASA Early Career Initiativeからの資金提供を受けて2020年に開始された、KNaCKプロジェクトは、TorchTechnologiesIncと提携しています。 ハンツビルで、GPSなしで正確なマッピングを可能にするバックパックのプロトタイプと関連するナビゲーションアルゴリズムを開発しました。 プロジェクトの商業販売者、AevaInc。 カリフォルニア州マウンテンビューで、FMCWライダーセンサーとサポートを提供し、NASAと協力して、月や地球を越えた他の人間の遠征で使用するバックパックセンシングシステムを強化します。

ロービング遠征中や徒歩で移動するときにKNaCKを使用すると、探索者は深い谷、山、洞窟などの風景の地形を正確にマッピングできます。 Lidarは、あなたの真っ暗な場所でも機能し、宇宙飛行士がどこにでも面倒な照明装置を持ち歩く必要がなくなります。

「人間として、私たちはランドマーク、つまり特定の建物、木立に基づいて自分自身を方向付ける傾向があります」とザネッティは言いました。 「これらのものは月には存在しません。KNaCKは継続的に表面を通過する探検家が彼らの動きと方向を決定し、彼らを遠くの山頂または彼らの活動の拠点に導くことを可能にします。彼らはいくつかのユニークな鉱物を見つけた特定の場所を特定することさえできますまたは岩層、他の人がより多くの研究のために簡単に戻ることができるように」。

宇宙飛行士の飛行はスーツの酸素供給によって制限されるため、これは24時間体制の宇宙飛行士にとって不可欠です。 Zanetti氏は、KNaCKの高解像度の精度（従来の月の地形マップや標高モデルよりも1桁大きい）により、ミッション制御から238,900マイル以内で科学運用やミッションを実施するための重要なリソースになると述べました。

このデバイスは、ニューメキシコ州キルバーンホールにあるNASAの仮想太陽系探査研究所（SSERVI）で、4月下旬に別の主要なフィールドテストを受ける予定です。 チームは以前、2021年11月にその古代の火山クレーター（推定25,000〜80,000年前）でKNaCKシステムをそのペースに乗せました。また、最近では、長さ6マイルのバリアデューンズの3D再構築にも使用しました。フロリダのNASAのケネディ宇宙センターで、主要なロケット発射台を保護します。 ケネディとマーシャルのエンジニアは、引き続きKNaCKを使用して、砂丘の侵食に対する嵐の影響を評価し、システムを改善する将来の飛行任務の安全性を確保します。

次に、KNaCKチームは、デバイスの小型化（バックパックのプロトタイプの重量は約40ポンド）と、微小重力と太陽放射の反対の影響に対する高感度の電子機器の強化に取り組みます。

「AevaのLIDARテクノロジーの最新の進歩を活用して、Torch Technologiesを搭載した次世代の宇宙硬化ユニットは、ソーダ缶のサイズになり、これまでにない月面操作を可能にします」とZanetti氏は述べています。 彼はそれが戦車または宇宙飛行士のヘルメットの側面に取り付けられることを想像しています—将来の月の登山家のために多目的バックパックに十分なスペースを残すはずです。